1-1識(shí)別金屬材料力學(xué)性能指標(biāo)

1、金屬的種類繁多，通常把金屬分為黑色金屬和有色金屬兩大類。黑色金屬：鐵、鉻、錳三種 鋼鐵表面常覆蓋著一層黑色的四氧化三鐵。有色金屬：鐵、鉻、錳以外的全部金屬。汽車金屬材料 金屬是一種具有光澤（即對(duì)可見光強(qiáng)烈反射）、富有延展性、容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱等性質(zhì)的物質(zhì)。金屬的上述特質(zhì)都跟金屬晶體內(nèi)含有自由電子有關(guān)。 在自然界中，絕大多數(shù)金屬以化合態(tài)存在，少數(shù)金屬例如金、鉑、銀以游離態(tài)存在。金屬礦物多數(shù)是氧化物及硫化物。其他存在形式有氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽及硅酸鹽。 金屬材料在現(xiàn)代工業(yè)中的廣泛應(yīng)用主要是由于其能滿足各種工程構(gòu)件或機(jī)械零件所需的力學(xué)性能和工藝性能要求，所以掌握各種金屬材料的力學(xué)性能及其變化規(guī)律，根據(jù)

2、工作條件及力學(xué)性能選擇材料，充分發(fā)揮其性能潛力，是保證構(gòu)件或零件質(zhì)量的基礎(chǔ)。那么，為什么金屬材料或者黑色金屬材料是用來(lái)制造機(jī)器的最主要材料？這是因?yàn)椋?其具有優(yōu)良的機(jī)械性能（力學(xué)性能）、工藝性能，并具較好的物理性能及化學(xué)穩(wěn)定性。那么，什么是金屬材料的機(jī)械性能（力學(xué)性能）？什么是金屬材料的工藝性能？什么是金屬材料的物理性能及化學(xué)性能？本章知識(shí)目標(biāo)掌握金屬材料的性能與結(jié)構(gòu)掌握金屬材料的熱處理掌握常用金屬材料以及典型汽車零件金屬材料的選用金屬材料的性能：使用性能和工藝性能使用性能：指零部件再正常使用條件下材料所表現(xiàn)出來(lái)的性能。 主要包括：力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。工藝性能：指材料在被制成各種零部

3、件的過(guò)程中適應(yīng)加工的性能。 主要包括：鑄造、鍛造、焊接、切削加工和熱處理。材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。外力去除后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。外力去除后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。 載荷的概念 金屬所受到的外力叫載荷。根據(jù)性質(zhì)的不同，載荷可以分為靜載荷、沖擊載荷及交變載荷；靜載荷是指外力的大小和方向不變或變化很緩慢的載荷；沖擊載荷是指突然增加的載荷；交變載荷則是指大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的載荷。 常見載荷 根據(jù)作用方式的不同，載荷可以分為拉伸載荷、壓縮載荷、彎曲載荷、剪切載荷、扭轉(zhuǎn)載荷等。金屬材料的力學(xué)性能是指在承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應(yīng)力等

4、）時(shí)，對(duì)變形與斷裂的抵抗能力及發(fā)生變形的能力。常用的力學(xué)性能有：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性及疲勞極限等。強(qiáng)度是指金屬材料在靜載荷作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。塑性是指金屬材料在靜載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不致引起破壞的能力。金屬材料的強(qiáng)度和塑性的指標(biāo)可通過(guò)拉伸試驗(yàn)測(cè)定。按照載荷的性質(zhì)，材料強(qiáng)度有靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等；按照環(huán)境條件，材料強(qiáng)度有常溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度等，高溫強(qiáng)度又包括蠕變極限和持久強(qiáng)度。根據(jù)載荷的作用方式不同，強(qiáng)度可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。通常以抗拉強(qiáng)度代表材料的強(qiáng)度指標(biāo)。強(qiáng)度 材料強(qiáng)度的大小通常用單位面積上所承受的力來(lái)表示，其單位為N/m2(Pa)，但P

5、a這個(gè)單位太小，所以實(shí)際工程中常用MPa（MPa=106Pa）作為強(qiáng)度的單位。強(qiáng)度越高，表明材料在工作時(shí)越可以承受較高的載荷。當(dāng)載荷一定時(shí)，選用高強(qiáng)度的材料，可以減小構(gòu)件或零件的尺寸。因此，提高材料的強(qiáng)度是材料科學(xué)中的重要課題，稱之為材料的強(qiáng)化。強(qiáng)度的意義一般鋼材的屈服強(qiáng)度在2002000MPa 之間，如建造2008年北京奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)“鳥巢”外部鋼結(jié)構(gòu)的Q460E鋼，其屈服強(qiáng)度為460MPa。 計(jì)算實(shí)例：起重吊鉤的上端借螺母固定，若吊鉤螺栓內(nèi)徑 d= 55 mm， F= 170kN，材料許用應(yīng)力 ，試校核螺栓部分的強(qiáng)度。 一、拉伸實(shí)驗(yàn)拉伸試樣2. 力伸長(zhǎng)曲線（以低碳鋼試樣為例） 3. 脆性材

6、料的拉伸曲線1. 拉伸試樣 有圓形、矩形、六方等形狀。長(zhǎng)試樣：L0=10d0短試樣：L0=5d0 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī) a) WE系列液壓式 b) WDW系列電子式圖 低碳鋼的F-l曲線2. 力伸長(zhǎng)曲線拉伸試驗(yàn)中得出的拉伸力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系曲線。 頸縮階段強(qiáng)化階段彈性變形階段屈服階段如圖：低碳鋼的力伸長(zhǎng)曲線 (a)試樣 (b)伸長(zhǎng) (c)產(chǎn)生縮頸 (d)斷裂拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象LF03. 脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對(duì)比）脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。 1)彈性極限 彈性極限是指在產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)材料所能承受的最大應(yīng)力，即： 式中Fe試樣完全彈性變形時(shí)所能承受的最大載荷(N ) So試樣原始截面積(mm2)2)屈服強(qiáng)度在金屬拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限后，變形增加較快，此時(shí)除了彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，隨后，在外力不增加或上下波動(dòng)情況下，試樣繼續(xù)伸長(zhǎng)變形，在力伸長(zhǎng)曲線出現(xiàn)一個(gè)波動(dòng)的小平臺(tái)，這便是屈服現(xiàn)象。屈服現(xiàn)象工程上各種構(gòu)件或機(jī)器零件工作時(shí)均不允許發(fā)生過(guò)量塑性變形，因此屈服強(qiáng)度 是工程技術(shù)上重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一，也是大多數(shù)機(jī)械零件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。3)抗拉強(qiáng)度 材料在斷裂前所能承受的